电动拖拉机传动系设计理论与方法研究

基于电驱动的特点,提出了一种电动机和变速箱协同调速的电动拖拉机传动系统结构方案.在对电动拖拉机牵引特性进行理论分析的基础上,提出了电动拖拉机动力性评价指标及其计算公式;并对电动拖拉机动力传动系统各部件主要参数的设计理论和计算方法进行了探讨,提出了一套电动拖拉机驱动系统设计理论和计算方法.以某电动拖拉机为研究对象,通过计算分析了小同上况、不同档位下的驱动力和爬坡度与速度的关系以及不同工况下一次允电连续作业时间与速度的关系.分析表明,小同档位下驱动力随速度增加而下降,其变化趋势与电动机输出特性一致;不同档位下爬坡度随速度增加而迅速减小,例如在第V档作业时,当速度达到15 km·h-1时,爬坡度小足1%;一次充电连续作业时间随速度增加而下降,而且作业工况对它具有较大影响.     

基于轮毂电机驱动的山地林果茶园轮式运输车设计与试验

针对南方丘陵山地林果茶园复杂的地形地貌特点,在集中式电机驱动运输车基础上,开发了以轮毂电机驱动的山地林果茶园运输车;该运输车以36 V铅酸蓄电池为能源,采用双后轮独立驱动方式并具备电子差速转向系统。运输车最大爬坡度、续驶里程试验、差速及制动性能等关键指标性能试验结果显示：运输车满载最大爬坡度为15°,最小转弯半径为2 395 mm,空载和满载状态下以常用车速 20 km/h 行驶时平均里程分别可达 66.97和46.33 km;满载时运输车分别以初速度25、20、15、10 km/h行驶时的紧急制动距离分别为5.83、4.11、2.68、1.57 m,试验值与理论值的最大相对误差为8.2%;运输车还具备良好的差速转向性能。     

基于SRM的电动拖拉机驱动系统设计与仿真

[目的]针对传统拖拉机排放高、传动系统结构复杂、受能源影响大等问题,设计了一种新型电动拖拉机驱动系统。[方法]通过对传动系各部件定性分析以及横向对比各常用电机,选取了基于开关磁阻电机的电动拖拉机驱动系统,在充分发挥电机特性的基础上精简了传动系,增加了布置灵活性;通过最优选择电池型号及组数,提高了续航能力;最后在MATLAB/Simulink8.7环境下对驱动系统进行仿真验证。[结果]分析表明,该电动拖拉机驱动系统具备较高的带载启动能力与一定的连续作业时间,通过对调节器与控制器的控制可实现车辆的无级变速,结合辅助电机及调压电路可实现动力输出装置的独立升降功能。[结论]该研究结果可为电动拖拉机与特种工程车辆驱动系统的优化与设计提供一定的参考。     

基于Simulink的纯电动拖拉机传动系统仿真研究

针对燃油拖拉机目前存在高污染、高油耗等问题,电动拖拉机的研发应用成为当前农业机械化的一个重要发展方向。在理论计算的基础上对牵引电动机、变速器和动力电池组等进行了选型设计,并对设计研发中的纯电动拖拉机传动系统进行了仿真研究。研究表明,所建模型能够真实地反映电动拖拉机的运行状态,实际速度与目标速度吻合良好,两者误差绝对值的平均值为0.298,电动拖拉机在运输工况下持续工作时间可达4.5 h,在犁耕工况下工作时长为4.2 h。     

高地隙底盘沉陷模型的建立与验证

针对南方水田泥脚深致作业机械行驶通过性差的问题，以高地隙动力底盘(离地间隙为1 100~1 500 mm)为研究对象，通过牵引性能试验，研究水田动力底盘的沉陷特性。在载荷800~1 100 kg条件下，以车轮载荷和滑移率为试验变量，以车轮沉陷系数、驱动系数和挂钩牵引力系数为试验指标，建立了高地隙底盘沉陷模型。结果表明，模型中挂钩牵引力系数与驱动系数成正比，与沉陷系数成反比；利用田间试验获得该模型修正参数，修正系数为–0.30~ –0.19，与载荷呈正相关，拟合值与田间试验值的误差小于5%。     

串联式混合动力电动汽车电机控制系统研究

针对奥运会馆际用车的需要,在原有纯电动汽车的基础上增加辅助动力装置构成串联式混合动力电动汽车,研究驱动电机系统的控制部分和保护电路,对绝缘栅双极晶体管(IGBT)传统驱动保护电路的缺陷进行了改造,并对整个电机控制系统进行了台架试验.结果表明,通过增加辅助动力单元,提高了车载电源对驱动系统的输出效率,在电池技术未能取得根本突破的条件下延长了车辆的续驶里程.     

混合动力林木联合采伐机底盘动力系统设计

为了改善采伐机的动力系统,以庞塞FOX采伐机为设计蓝本,结合串联式混合动力系统,确立了混合动力林木联合采伐机底盘动力系统的设计参数;利用动力学计算混合动力系统的动力元件参数,根据参数对动力元件进行选型;借助AVL Cruise软件建立动力系统的模型,并仿真分析,对比混合动力林木联合采伐机动力系统和传统动力系统的行驶性能,得到混合动力系统,提高了采伐机的最大速度,减小了加速时间;表明利用混合动力系统能很好的改善林木联合采伐机的动力性。     

一种滑移式升降可调通用底盘结构设计与关键技术研究

目前设施农业机械多以内燃机为动力源,与电动机驱动比较,存在污染严重、操作不灵活等问题。故,提出了一种前、中、后均可悬挂农机具的滑移式升降可调通用底盘设计思想,搭建了通用底盘的结构模型;为满足底盘平面倾斜升降调节要求,设计了一种液压滑轨升降调节机构。采用体积小、比功率大、传动效率高的电动轮毂作为四轮独立驱动系统的行走轮,建立了电动轮毂加速过程的受力平衡方程。为增加连续作业时间,采用串联式混合动力结构;分析了四轮独立驱动在滑移转向工况下,内外两侧电动轮毂转速与转弯半径的运动关系,为滑移式升降可调通用底盘的样机试制和控制策略及算法的设计奠定理论基础。     

四轮独立驱动电动拖拉机牵引作业转矩分配研究

[目的]为使四轮驱动电动拖拉机在牵引作业工况下能够获得更好的牵引性能,提出轮边电机式独立驱动方案,驱动轮转矩实时可控。[方法]采用力矩平衡的方法,对牵引作业工况下的四轮独立驱动拖拉机进行动力学分析,得到前、后轮垂向载荷转移随挂钩阻力矩变化的关系。基于驱动轮的地面附着性能,以载荷比为转矩分配依据,建立前、后轮转矩分配比基于挂钩阻力矩变化的Matlab/Simulink仿真计算模型。根据参数计算,匹配合适部件,搭建了四轮独立驱动电动拖拉机试验台架。根据仿真结果在台架上通过Lab VIEW编程测控实现转矩分配随牵引阻力矩变化而变化。[结果]牵引作业时,前、后驱动轮垂向载荷发生改变,重心后移,驱动轮的地面附着能力改变。基于载荷比转矩分配最多可以比均匀分配提高800 N·m的有效驱动力矩。[结论]采用驱动轮力矩平衡的方法,以车轮垂向载荷为转矩分配依据,得到牵引作业下前、后驱动轮的转矩分配与挂钩阻力矩的关系。按照规律对转矩合理分配,提高拖拉机的牵引性能和能量利用效率。     

影响拖拉机牵引特性的因素和改善方法

正拖拉机牵引特性是拖拉机在田间一定的土壤条件下工作时,各重要动力和经济指标之间相互关系的综合反映。影响拖拉机牵引特性的因素很多,如:驱动装置的构造型式、土壤条件附着重量等。一、驱动装置的构造型式对牵引性能的影响拖拉机的牵引性能与驱动装置的构造型式关系很大,一般链轨式拖拉机具有较小的接地压力和良好的附着性能,因而在松软的土壤条件下比轮式拖拉机具有较好的牵引性能。同时,因为能发挥出较大的牵引力,所以在装有     

湿软水田土壤行驶工况下拖拉机振动特性研究

[目的]拖拉机在湿软水田土壤中行驶时的振动特性与在道路上行驶时明显不同,揭示两种不同行驶工况下振动特性的差异,对拖拉机减振方案设计和悬架系统参数优化具有重要的参考价值和实际意义。[方法]通过对湿软水田土壤阻尼分析,获取湿软水田土壤阻尼系数与轮胎阻尼系数间的关系,并建立了轮胎-湿软水田土壤系统模型、拖拉机整车振动模型以及振动特性理论计算模型,用理论分析的方法,以江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,计算并比较拖拉机行驶在农村未覆盖土路(国标D级路面)和湿软水田土壤中的振动特性。[结果]与农村未覆盖土路(国标D级路面)行驶工况相比,拖拉机在湿软水田土壤中行驶时,机身垂向振动相对于前、后轮的位移传递率分别下降31.4%和23.5%,俯仰振动幅值分别下降29.5%和24.6%。当拖拉机以3~18 km·h-1速度在湿软水田土壤中行驶时,其机身垂向振动加速度和俯仰振动角加速度平均降低33.0%和32.6%,前、后轮动载荷平均降低34.0%和31.2%,座椅安装处垂向振动加速度平均降低32.9%。[结论]研究结果可以为水、旱田两用拖拉机减振系统设计与智能悬架控制提供理论依据。     

拖拉机动力换挡变速箱液压系统动态特性试验研究

在自行研制的动力换挡变速箱试验台上,以ZF公司T7336变速箱为例,对半载运输、四分之三载运输、满载运输和犁耕4种工况下液压系统动态特性进行了试验研究。结果发现:在额定输入转速2 300 r.min-1下,当变速箱受载情况下,换挡时离合器A、B、C、D、F和G协调作动,驱动油缸压力呈现跳跃性上升或下降,换挡压力变化过程持续约7～10 s。在换挡过程中,变速箱输入转速和液压系统的流量基本不变,变速箱输入转矩、输出转矩和变速箱输出转速在换挡时刻有冲击载荷出现,且与换挡离合器驱动油缸压力的上升或下降对应,持续时间约7～10 s。     

混合动力汽车多能源动力总成控制分析

本研究对串联式和并联式混合动力汽车的控制策略进行了分析。在CYC NEDC和CYC HWFET循环工况下,通过仿真分析比较了分别采用电力辅助控制、自适应控制、遗传实时控制3种不同控制策略的车辆性能。结论表明,采用遗传实时控制策略可以有效提高汽车的燃油经济性、排放性能。在NEDC路况下行驶,遗传实时控制相对于辅助动力源控制,燃油经济性改善47.4%,HC排放降低6.2%,CO排放降低24.6%,NOx排放降低7.7%;遗传实时控制相对于自适应控制,燃油经济性改善20.4%,HC排放降低0.6%,CO排放降低29.5%,NOx排放降低13.5%。在HWFET路况下行驶也得到比较理想的结果。     

路面行驶工况下拖拉机驱动轮滑转率的测试与分析

为测试拖拉机经常行驶的水泥路面、石子路面、软土路面工况驱动轮滑转率的变化情况,采用GPS法、雷达法、最小轮速法3种方法对拖拉机的行驶速度进行测试,驱动轮的轮速采用编码器进行测量;利用PCI1740数据采集卡采集各传感器信号,采用图形化编程软件Labview编程来实现数据的实时显示和存储,测试不同车速、不同路面行驶工况下拖拉机驱动轮滑转率。结果表明:软土路面上的打滑程度最大,水泥路面上打滑程度最低;在低速(一档、二档)时,拖拉机的滑转率为9.0%~13.6%;在高速(三档、四档)时,拖拉机的滑转率为3.26%~6.27%。GPS法测试时不受路面情况的影响,雷达法适合路面情况较好的环境,最小轮速法适合车速较高的时候;拖拉机的滑转率随着车速的增加呈减小的趋势。     

电动拖拉机双电机驱动单元控制系统设计与实验

针对电动拖拉机双电机驱动系统的模式管理需求,设计了一种双电机驱动单元的控制系统及其控制器DMU(Drive Manage Unit).基于ISO 11783协议制定了整车控制网路结构,并以此确定了DMU子CAN总线各节点,设计各节点传输报文ID和PGN.在驱动单元中,通过控制驱动箱齿轮啮合状态和电磁离合器通断电来实现双电机动力分离和耦合,完成工作模式配置. DMU采用MC9S12XEP100为核心,完成硬件电路设计和软件编程.搭建双电机驱动系统实验平台,进行了犁耕作业、旋耕作业和子CAN总线数据分析实验.实验结果表明,驱动管理单元可以实现控制电机1和电机2的转速转矩模式,电机1在46.5 N·m恒转矩模式下,随转速变化的最大偏差为0.7 N·m,符合犁耕作业要求;电机2收到540 r/min指令后,随负载变化输出转速范围在540±62 r/min,满足PTO在恒转速下工作;总线上传输信息正确.     

山地果园蓄电池驱动单轨运输机的设计

【目的】设计和制作山地果园蓄电池驱动单轨运输机,以降低山地果园运输作业的工作风险和劳动强度,提高运输效率。【方法】对由运输机和货运拖车组成的运输机构进行爬坡受力分析,获得满足运输机构爬坡要求的最小牵引力;设计和制作了运输机驱动机构、传动装置、限位装置等关键部件,并对直流无刷电动机、电动机控制器、电磁制动装置、蓄电池进行选型,设计制作以蓄电池为动力、使用无刷直流电动机驱动的山地果园单轨运输机。最后通过行驶速度、工作噪声、电流损耗和蓄电池组续航能力试验,对运输机的工作效果进行检验。【结果】所设计制作的山地果园蓄电池驱动单轨运输机可以搭载0~100kg负载,在平地的行驶速度为0.60~0.58m/s,行驶速度受装载质量影响较小;爬39°斜坡时的速度为0.45~0.28m/s,行驶速度受装载质量影响较大;运输机工作时的最大噪声为83.87dB。选用的蓄电池组在满充条件下,可支持运输机搭载100kg负载爬坡行驶2 700m。【结论】设计制作的运输机的各项技术指标均达到了设计要求,进一步的改进中将通过引入变档机构实现变速比可调,解决满载爬坡时蓄电池输出电流过大的问题。     

木薯块根的生物特性和种植环境对机械收获的影响

[目的]研究木薯块根的生物特性和种植环境,为开发轻简型、实用的木薯收获机提供基础数据,以解决丘陵地区木薯收获的技术难题。[方法]调研丘陵山地的木薯收获问题,测量木薯块根的最大入土深度、块根分布面积最大直径、块根长度、块根最大直径、单块薯质量、单株薯总质量、单株块根数量、丘陵山地道路和小田块的坡度。[结果]块根最大入土深度的平均值为200.0 mm,最大值为273.0 mm,块根分布面积最大直径的平均值为601.2 mm,最大值为812.0 mm,丘陵山地道路的坡度平均值为10.0°,小田块的坡度平均值为3.8°。根据木薯块根的生物特性提出人工动力轻简型拔起式木薯收获机的工作宽度、工作长度可设计为560.0~820.0 mm,拔起行程可设计为300.0~600.0 mm。田间试验结果表明,在丘陵山地小田块上使用的人工动力轻简型拔起式木薯收获机,重量小于25 kg的行走性能较好,重量大于25 kg的行走、移动操作比较困难。根据木薯块根的生物特性数据减小木薯收获机的工作宽度、工作长度,就能减小木薯收获机的总体尺寸,从而减轻重量,能够适应丘陵山地的行走和木薯收获。[结论]在不影响产量的前提下,把木薯种在垄中间,则大大有利于木薯收获机快速移动到木薯旁边,提高收获生产率。木薯收获机的重量和尺寸是影响丘陵山地木薯收获的重要因素。     

增程式山地果园电动运输车动力系统设计与试验

在山地果园电动运输车基础上设计一套增程式动力系统,并利用Advisor进行仿真。根据最大载荷240kg、最大爬坡度15°和最高速度9km/h的设计要求,为运输车选取容量为120A·h,总电压为60V的铅酸蓄电池组作为动力电池,以5kW增程器作为辅助动力源。增程模式下运输车载荷240kg时的续航里程为52.2km,相比纯电动模式的续航里程延长了217.5%,续航能力得到显著提高。     

凸齿镇压器作业过程的运动学与动力学分析

[目的]基于理论推导建立凸齿镇压器作业过程中的运动学和动力学模型。[方法]根据运动学中刚体做平面运动的瞬心定理和牵连运动为平动时质点的加速度合成定理,建立凸齿镇压器在不同工作阶段的运动参数模型;根据动力学中的动量定理、动能定理和冲量定理,建立凸齿镇压器工作状态中所需牵引力、凸齿与地面作用瞬间产生的冲击力和冲击能的参数模型。[结果]凸齿镇压器作业过程中所需的牵引力随着凸齿镇压器的自身质量和滚动阻力系数的增加而增大,而凸齿镇压器转动惯量的增加会降低凸齿镇压器所需牵引力;冲击过程中,凸齿镇压器的牵引速度越大、质量和转动惯量越大、冲击时间越短,则冲击力越大;凸齿镇压器冲击土壤时的冲击能随着凸齿的转动惯量、质量和质心竖直向下移动距离的提高而增加,而随土壤的弹性系数与土壤的塑性变形量的增加而减小。[结论]建立了凸齿镇压器在不同工作状态下运动学及动力学模型,分析并揭示了凸齿镇压器结构参数与运动参数间的相互联系,探索了凸齿镇压器冲击土壤的特征规律,为设计和优化其结构参数和运动参数提供了理论依据。     

电动水稻插秧机功率分配与参数优化

【目的】研究电动水稻插秧机功率分配和参数优化等关键技术,探索并分析分布式电机驱动水稻插秧机存在的主要问题和发展趋势,为电动水稻插秧机的设计提供依据。【方法】以适合电力驱动的手扶式水稻插秧机为研究对象,通过仿形试验、分插机构试验和牵引试验,得到插秧机各主要工作机构实际功率,并确定各驱动电机的参数。通过牵引试验的载荷和速度分析,进一步优化该类型插秧机蓄电池容量和作业速度等参数,并提出最大连续作业面积节能设计方案。【结果】在试验样机机型下,双行进水轮驱动电机为2×500 W,分插机构驱动电机为300W,仿形机构驱动电机为350W;当采用48V铅酸蓄电池组,在理论额定容量为83.3A.h、行进速度为0.5m/s时,可以获得最大连续作业面积;当采用同电压锂离子蓄电池组,在理论额定容量为100A.h、行进速度为0.5m/s时,可以获得单位蓄电池质量最大连续作业面积。【结论】分布式电机驱动的水稻插秧机具有机械传动机构简化、整体质量轻、低噪音振动和无尾气排放等优点。